[初级菜鸟发一个纯技术贴]自行车工作原理--作者：Marshall Brain

自行车是一种简单而精巧的机械，几乎可以吸引住所有小孩子。自行车最酷的地方就在于，跟走路和跑步相比，它可以将你更快到达自己想去的地方，而且更加省力。对于对机械感兴趣的人来说，自行车的另一个妙处就是所有组件都展现在你眼前。没有盖板或金属壳把任何部件隐藏起来——在自行车上，所有构造都一览无余。很多喜欢机械的孩子都禁不住会将自己的自行车大卸八块！
在本文中，我们将介绍自行车的所有不同部件，以便彻底了解这种机械到底是怎样工作的！
要介绍自行车，最好先认识一下它的各个部件。下图显示了一辆典型的自行车：


您能够直接看到和分辨出来的部件包括：

•车架——自行车的车架由金属管焊接而成。每根管都有一个名称，如下图所示：

自行车使用滚珠轴承来减少摩擦。滚珠轴承一般位于以下位置：
•车轮的前轮毂和后轮毂
•底架，其中有一根轴将两个脚踏板曲柄连在一起
•前叉管，用于使车把能够转动
•脚踏板
•飞轮，这里的轴承有双重功能，除了减少摩擦外，还可以帮助实现单向功能。
前叉管中的轴承较为典型，如下图所示：

滚珠轴承（黄色）安装在一个轴承碗（红色）中。锥套（深蓝色）拧到淡蓝色的叉管上，后者与前叉相连。锥套必须足够紧，以使前叉不能自由活动，但是又不能过紧，以免挤压滚珠轴承，使其无法转动。轮毂和脚踏板的工作方式与此完全相同，也是用锥套进行调节。在曲柄轴中，其中一个轴承碗取代了锥套来提供调节功能。轴承中加入少量润滑油可使其更顺滑。

您应当定期卸下自行车上的轴承以清除其中的油泥，并重新涂上干净的润滑油。有些价格昂贵的自行车带有密封式轴承套筒，永远无需调节或进行润滑。
您或许见过一张样子很滑稽的古董单车（Penny-farthing）或“高轮车”的照片——它的前轮非常大，而后轮很小。 您甚至可能在电影或庆典游行队伍中见过有人骑着这样一辆自行车。这些自行车从1870年开始流行，但在十九世纪末和二十世纪初被“安全自行车”取代。从1900或1910年以后出现的自行车，外观几乎与现在的自行车完全相同。今天的自行车有两个大小相同、尺寸适当的车轮，中间部位有一对脚踏板，一根链条将脚踏板与后轮相连。
那么为何曾出现过那种高轮车呢？在高轮自行车中，脚踏板与前轮直接连接在一起，就像在儿童三轮车上一样。这意味着脚踏板转动一圈时，车轮也随之转动一圈。这会使得自行车造价低廉，但它会带来一个问题。想想儿童三轮车吧。前轮的直径可能为40厘米，周长为40厘米×3.14=126厘米。这意味着孩子将前轮蹬一圈时，三轮车将前进126厘米。假设孩子每分钟将前轮蹬60圈，或每秒钟一圈。这意味着三轮车每秒钟将前进大约1.3米。即相当于4.5千米/小时。如果孩子将蹬车的速度加倍，每分钟120圈，那么三轮车的速度也只是刚刚超过9千米/小时，这时孩子的小腿看上去已经要飞起来了，因为每分钟120圈要蹬很多下！

如果一个成年人想使三轮车达到一个合理的速度，例如24公里/小时，并且不想自己双腿如飞，那么三轮车的前轮尺寸必须很大。如果希望每分钟蹬60圈，前轮的直径需要超过2米！

导致自行车上出现齿轮的第一个原因是齿轮能够将2米多的车轮直径减小到一个合理的水平。如齿轮工作原理一文中所述，齿轮和齿数比是这个问题的有效解决方案。例如，如果将一个42齿的齿轮放在前链轮上，将一个 14 齿的较小齿轮放在后轮上，那么齿数比为3比1。这时后轮的直径可以减小到2米/3=70厘米——基本上是一个正常的自行车车轮大小。这种方法更加安全。
自行车（不管是老式的“10速”自行车还是现代具有24个齿轮的山地自行车）上配备多个齿轮的目的是使您能够改变每蹬一次脚蹬子所能前进的距离。
例如，一辆普通自行车的车轮直径为66厘米。自行车上的“最低”齿数配比可以是前链轮22齿，后轮30齿。这意味着齿数比为0.73比1。每蹬一圈，后轮将转动0.73圈。也就是说，每蹬一圈，自行车将前进大约1.5米；如果每分钟蹬60圈，则速度约为5.4千米/小时。自行车上的“最高”齿数配比可以是前链轮44齿，后轮11齿。这时的齿数比为4比1。如果车轮直径为66厘米，则每蹬一圈自行车前进8.3米。如果每分钟蹬60圈，自行车的速度将达到30千米/小时。如果将蹬车的速率加倍到每分钟120圈，则自行车的最高速度可达60千米/小时。5.4千米/小时到60千米/小时是一个很妙的速度范围，您可以非常缓慢地爬上陡峭山坡，也可以像汽车一样风驰电掣！这就是自行车装有齿轮的原因。

前端的齿轮称为链轮。多数自行车有两个或三个链轮，类似如下所示：

与后轮相连的是飞轮，如下所示：

飞轮有五到九个齿轮，具体取决于自行车。飞轮可在一个方向上自由转动，在另一个方向上则被锁止。这样骑车人既可以蹬踏板，也可以不蹬踏板——不蹬踏板时，自行车将靠惯性滑行（这是三轮车和高轮车所不具备的另一项功能）。

为变换齿轮，自行车装配了前、后变速器。下图所示为后变速器：

后变速器有两个可自由转动的小嵌轮。变速器杆臂和下部嵌轮的作用是张紧链条。嵌轮和杆臂与一个弹簧相连，以使嵌轮始终保持向后拉。当您变换齿轮时，会注意到杆臂的角度发生了变化，以拉紧或放松链条：

上部嵌轮与飞轮非常靠近。当您用车把上的变速杆调节齿轮时，该嵌轮会移动到飞轮上的不同位置并拖动链条一起移动。

当您蹬踏板时，链条会自然地从一个齿轮滑落到相邻的齿轮上。

有关自行车的一切都很简单。正因为如此，它才成为一种绝妙的骑行工具——同时也是一件杰出的机械工艺品！

齿轮原理受益匪浅，无非前小后大、前大后小，求论坛前辈指导上坡、下坡及特殊地形的省力方法。
另外，变速时车子要减速再慢慢加速吗？总担心链条会掉下齿盘。

学习了 顶！~~~

回复 3# G大调琴音


    G大开玩笑了，新手帖，你们这些骨灰就指点下吧

齿轮原理受益匪浅，无非前小后大、前大后小，求论坛前辈指导上坡、下坡及特殊地形的省力方法。
另外，变 ...
DZBird 发表于 2010-11-30 17:45

    省力 无非就是用小牙盘带大飞
但是事实上的骑行技术远不是只字片语可以说清的
你的经验积累到一定程度才能自己慢慢领悟

回复 5# 王木土


    谢前辈指导，能列举一下案例吗？比如上坡应该调成几，平路、下坡？

学习，受教了。。

求高手回答~~~

手里调整变速器，铁丝拉紧或松开套在链条上的铁环，让链条在大小齿轮上变换。

大小齿轮变换之后 根据杠杆原理，力距不同，维持同样前进速度,骑车者花的力就不同了...

力距越大,骑车花的力越小,但是蹬的圈数要多.比如上坡的时候,宁可多蹬些圈数,但是不需要太大力就可以上去.

力距越小,骑车花的力越大,比如路况很好的平路或者小下坡,可以使用.速度会很快

这样的解释是否正确？即上坡前小后大，下坡前大后小？